科学技术的发展与进步, 使得我国的航天事业也在不断的蒸蒸日上, 根据相关报道, “天宫二号”空间实验室将于2016年的上半年确定发射, 它是继“天宫一号”之后, 我国自主研发的第二个伟大的航天成就, 届时会利用它做出一系列有意义的空间试验, 并研究空间的交会对接技术, 它也将会完成有效载荷等等的一些非常重要而又复杂的科研项目, 初步计划, 2018年左右发射空间站核心舱, 利用它完成一系列既定的试验任务, 2022年左右, 争取实现空间站的建设。由此可见, 我国的航天事业真的是在不断突破技术, 并在不断超越他国, 取得了一个又一个的进展, 当然这离不开航天工作者的辛勤劳动, 更离不开研发设计者们的智慧, 仔细分析下不难发现, 航天设备的本体以及设计也包含了很多的化学知识, 下面就分别详细的介绍一下。
1火箭壳体材料
根据我们的一般常识性知识, 火箭在飞行过程中, 速度可以达到八公里/s, 因为与大气的摩擦, 加之如此的高速飞行, 壳体会达到几千度的高温, 因此选择极耐高温的壳体材料是至关重要的。
通常说来, 壳体材料是由几类合金做成的, 主要包括钛、 铍、铝等。但是具有金属性质的这些合金材料都有很强的传热性能, 如果火箭的壳体在飞行过程中直接与大气摩擦接触, 壳体直接遇到那几千度的高温环境, 那么壳体的高温会极快传递给壳体内部, 使得火箭内部的各种控制设备和各种元器件受到高温破坏, 无法正常工作, 那么火箭也无法顺利完成飞行任务。为了使火箭内部的各种元器件免遭损坏, 人们想到了一种化学科学中的知识来解决这一难题, 那就是给火箭的壳体涂上一层特殊的材料, 这种材料又轻又薄, 关键是耐高温, 还隔热, 它就是耐烧蚀隔热涂料, 有了这种材料涂在壳体外侧, 火箭就好像穿上了一件特别的衣物, 飞行过程遇到高温的时候, 材料中的升华物质能够逐渐挥发掉, 而且特殊的有机树脂还产生了一种碳化层, 隔绝掉了大部分的热量, 犹如一个强大的屏障保护了火箭的壳体以及内部的各种仪器, 元器件, 保证了火箭的顺利正常飞行。
2火箭的燃料
火箭的液体燃料常用的有:偏二甲肼、液氢等, 固体燃料常用的有:聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等, 还有所需的氧化剂常用的是N2O4, 液态氧等。我国用于发射“嫦娥三号”的火箭, 是以偏二甲肼作为燃料, 以四氧化二氮作为氧化剂, 两者反应的原理是, C2H8N2和N2O4反应生成二氧化碳, 水和氮气, 从化学应用的角度来看, 此反应的优势在于生成的气体没有毒, 没有污染, 而且释放出的能量足够达到可以推动火箭发射飞行, 但是坏处是反应物有毒, 因此在给火箭装燃料时必须小心谨慎, 保证严守操作的规范步骤, 不能有一丝一毫的差错。
3电能的来源
目前航天器利用的主要是太阳能电池和镍氢蓄电池。当面对太阳时就是太阳能电池帆板发电的时候, 上面的发电材料主要还是用的半导体硅片或者也有的用砷化镓片, 它们的作用就是在太阳照射的时候, 把太阳能蕴含的光能转换为可以利用的电能, 这些电能可以分为不同的用途, 一部分是直接利用给航天器设备完成飞行任务, 另一部分则是需要储存在蓄电池中, 一般是镍氢蓄电池, 它是20世纪90年代兴起的一种独特的绿色电池, 可以储存很高的能量, 具有很长的寿命, 正好利用它储存的电能可以供给航天器不面对太阳的时候使用, 最关键的是它是一种没有污染的电池, 用到的化学反应式是::, M是指储氢合金, MH则是指一种特殊的吸附了氢原子的储氢合金。
4航天器的材料
为保证航天器的正常使用, 设计制造航天器的材料通常选用抗阻燃无毒材料, 就是在高分子材料中加入无机阻燃剂, 这样做出的材料热稳定性好, 不会挥发, 阻燃无毒, 也不会产生二次污染等, 其中的无机阻燃剂, 它所用到的化学机理就是, 受热分解, 放出大量水蒸气, 这个反应需要带走材料本身大量的热量, 因此表温大降, 从而极大的降低了高分子材料的燃烧率, 反应生成的产物与燃烧时塑料表面的炭化产物生成了一层保护膜阻断了可燃性气体的露出也阻断了它的燃烧所需的养料。
5太空防辐射措施
太空内的辐射强度太大, 比如如果航天器上的太阳能电池直接暴露于太空中, 则高能辐射很可能会击穿电池, 从而损坏电池的正常功用, 因此航天器必须要有足够充分的防辐射的手段, 可以采取特殊材料护体, 一般太阳能电池外面加上一层经过特殊加工特种玻璃盖片, 就像形成了一个屏障, 阻隔了高强度的辐射。
总而言之, 本文虽然只列举了几个例子说明航天设备的本体以及设计包含了很多的化学知识, 但是不可否认的是化学在航天事业的发展中发挥了不可磨灭的贡献, 随着科学家们的不断探索, 我们有理由相信, 化学的应用绝不仅仅限于此, 学好化学知识, 必定还可以为人类带来更大的福祉。